吕 宁
兖矿鲁南化工有限公司 山东省滕州市 277527
摘要：在我国进入21世纪以来，我国的综合国力在快速的发展，社会在不断的进步，我国科学技术在不断的发展，煤制合成氨工艺中关于净化气中CO脱除一般选择低温液氮洗技术，但低温液氮洗工艺工作条件苛刻，对工艺操作、设备维护要求较高，本文就公司液氮洗装置出现的问题及正常维护相关工作进行分享。
关键词：液氮洗；操作维护；板翅式换热器
引言
在煤制合成氨生产过程中，经变换后的气体除含有氢、氮、水外，还含有较多的二氧化碳和少量的一氧化碳、甲烷，此外还含有H2S、COS等硫化物。含氧化合物与含硫化合物是氨合成触媒的毒物，气体在进入合成工序之前必须将它们脱除干净。我国引进的以煤为原料的大型合成氨装置中，基本上都是采用低温甲醇洗脱除工艺气中的酸性气体，然后再采用液氮洗洗涤CO，这些过程都为物理过程。但是许多已投产厂家在低温甲醇洗和液氮洗装置的开车过程和运行过程中由于操作的原因，都会存在不少问题，这里将其中部分问题产生的原因进行分析，并提出相应的解决措施。现运行的低温甲醇洗装置大多遵循林德公司的设计理念，采用六塔流程，即洗涤塔、CO2产品塔、H2S浓缩塔、热再生塔、甲醇水分离塔、尾气洗涤塔，采用绕管式换热器，选择性地一步法脱硫脱碳。
1液氮洗装置主要存在的问题
1.1低温液氮洗运行中出现的问题
2015年弛放气合成氨装置再次开车，在运行过程中出现以下问题：1）装置开车过程控制困难，稍有控制不慎，必须重新进行积液，往往导致整个开车过程延缓8~10h或更长。2）氮洗塔底部不能建立稳定的液位，生产过程稍有波动，冷量不足，极易导致液氮洗出口合成气微量CO波动，并危及氨合成工段和催化剂安全运行。曾出现因工况波动，冷量不足，氮洗塔出口气CO含量超100×10-6mg/L，无法在短时间扭转，被迫切除合成回路，中断生产流程的情况。3）氮洗塔底部尾气氮气含量远远高于设计值（设计值为7.8%，而实际含量最高达到40%），氮气损失大，制约生产能力，夏季表现更加明显。从而导致装置冷量不平衡，液氮补充量大，需采购大量液氮维持装置生产。4）液氮洗加负荷困难，最高至84%负荷。负荷再往上加表现出冷量不平衡，液氮洗出口工艺气CO容易跑高。氮洗塔原料气进口温度、液氮进口温度、氮洗出口气温度较国外运行值偏低。
1.2冷箱堵塞
公司冷箱内采用板翅式铝制换热器，换热效果好，但换热翅片通道小，操作维护不当易造成堵塞，曾经出现过两次换热器堵塞停车事故。2015年3月20日低温甲醇洗热再生塔冷凝系统压差逐渐升高，系统复热频繁（最高达到1～2d/次）；4月9日液氮洗装置板式换热器前、后压差由40kPa逐渐开始上升；4月21日其前、后压差达到400kPa，系统无法维持负荷，液氮洗停车复热处理；4月24日拆除原料气进冷箱第二道过滤器时发现大量白色结晶物质堵塞，该白色结晶物质在常温下自然分解，后经分析为铵盐（碳酸铵、碳酸氢铵）。利用中压氮气反吹冷箱板式换热器，吹出大量含氨气体，冷箱整体吹扫复热至0℃以上，恢复开车后运行正常。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆2015年5月25日系统大幅波动，热再生塔冷凝系统氨冷器复热频繁，气量稳定后冷箱板式换热器压差由45kPa上升至78kPa；6月2日分析热再生塔冷凝系统甲醇中氨含量在1%，将分离罐内含氨甲醇排至污甲醇地下槽，同时要求变换增加洗涤塔洗涤水量；6月5日板式换热器压差上升至280kPa，系统停车检修；6月6日分析冷箱原料气吹出气体，其中NH3含量为1.81%、CO2含量为271mg/Nm3，连续吹扫16h后，分析气体中氨含量为100mg/Nm3，CO2含量为3mg/Nm3，系统恢复开车后运行正常。后续停车检修时发现变换洗涤塔塔盘基本损坏，无法起到洗涤氨的作用，印证大量氨带入系统是造成液氮洗冷箱板式换热器堵塞的原因。
1.3甲醇水分离塔操作的稳定性问题
事故分析：甲醇水分离塔的进料有三路：①装置进口分离器分离下来的含水甲醇；②甲醇再生塔部分塔釜液；③尾气洗涤塔塔釜液。其中②、③项物料流量较稳定，而①项虽流量不大，但因受进装置变换气带水情况及负荷波动的影响，含CO2等气体成分有很大波动，进入甲醇水分离塔，造成塔内压力、温度及液位相应波动，塔顶气直接进入再生塔，显然对再生塔的稳定运行造成影响。当塔釜温度也跟随波动时，会使塔釜排水中甲醇含量增多，造成排水不合格和甲醇的浪费；另一方面，在甲醇洗导气时由于还未产生冷的CO2产品气及尾气，同时净化气温度亦达不到指标要求的-50℃到-60℃之间，使得大量的变换气未能降温夹带饱和水蒸汽进入吸收塔，使得甲醇中水含量上升很快。大型煤化工装置试车初期由于装置不稳定开停车频繁，使得循环甲醇的水含量远高于正常运行的水含量，甲醇水分离塔的负荷明显增加。
2液氮洗装置维护
2.1开停车及正常运行速率控制
冷箱板翅式换热器设计紧凑，隔板、翅片较普通换热材料薄故传热效率极高，但存在易损及不易修复的特点，故在开停车及正常运行过程中更应注意速率的控制。开停车过程中，应严格控制制冷、复热速率，一般来说温升温降速率不应超过15℃/h，同时应特别关注换热器端面温差，原则上不大于50℃，但一般控制在10℃左右。另外，加减负荷方面一般按照不高于20000Nm3/h的要求，虽然不利于能耗的控制，但对换热器的保护益处较大。另外，根据几年的运行经验，原设计要求的原料气温度低联锁、原料气流量低联锁、燃料气温度低联锁等在实际运用中达不到应有的保护效果，反而会引起不必要的联锁动作风险，我司通过运行情况及相关数据分析，将原料气温度低联锁由原来的－56℃改为0℃，原料气流量联锁取消，燃料气温度低联锁由原来的5℃改为－5℃，在保证装置安全可控的前提下也适应北方气候的特点。
2.2冷箱底部排出液氮
事故分析：液氮洗开车后，冷箱底板温度点显示温度持续下降（-25.1℃），检查后发现底板局部出现结霜。经分析后判断，因氮洗塔底部温度控制过低（-192℃），经氮洗塔底部节压阀以及氮洗塔后氢气分离罐底部节压阀节压后温度更低（-198℃），另开车时冷箱还配有液氮管线（液氮为0.4MPa，-196℃），使得冷箱底部管线局部温度已经低于冷箱内吹扫氮气的液化温度（微正压，-196℃），在此处管线表面氮气冷凝后不断滴落，使得冷箱底板温度下降，排出液氮。事故处理：保证冷箱吹扫氮气的压力，适当提高液氮洗冷箱氮洗塔底部操作温度（-185℃），控制开车时液氮的加入量，冷箱底板温度逐渐恢复正常（25℃）。
2.3塔板效率理论模型在氮洗塔板上的应用
根据以上对影响塔板效率因素、塔板效率一般计算方法以及气泡与液体热质交换情况下的塔板效率的分析，认为常规的筛板塔并不适用于液氮洗涤工艺。氮洗塔的工作温度在80K左右，温度的变化在很大程度上会对塔板效率存在影响。分析认为，氮洗塔筛孔应比普通筛板精馏塔筛孔要小，且液层厚度也较普通筛板精馏塔要低。
结语
公司液氮洗装置为泸天化集团首套液氮洗精制氨合成气装置，在运行过程中出现诸多异常工况，经过各级生产技术管理人员对工艺原理和工艺流程深入研究认真总结，解决难题数个，液氮洗装置达到稳定运行，氨合成停车次数大幅降低，公司的经济效益得到根本保障。
参考文献：
[1]于遵宏.大型合成氨厂工艺过程分析［M］．北京：中国石化出版社，1993：319.
[2]李燕，张述伟，俞裕国，液氮洗模拟分析与优化[[J].大连理工大学学报，2004，44（2）：212-217
论文作者:吕宁
论文发表刊物:《防护工程》2019年16期
论文发表时间:2019/12/16
标签：液氮论文; 甲醇论文; 装置论文; 温度论文; 联锁论文; 换热器论文; 氮气论文; 《防护工程》2019年16期论文;